沉水植物对鱼类扰动引起的沉积物再悬浮的影响

吴红飞+魏小飞+关保华+刘正文

摘要：通过室外模拟试验，比较草甸型沉水植物苦草和冠层型沉水植物伊乐藻对鲫鱼扰动引起的沉积物再悬浮的抑制作用。结果表明，鱼类扰动会增加水体悬浮物浓度，沉水植物的存在能抑制鱼类扰动引起的沉积物再悬浮，降低再悬浮速率;再悬浮速率与苦草生物量呈显著负相关，而与伊乐藻生物量关系不显著。

关键词：沉水植物;鲫鱼;沉积物;再悬浮;速率;扰动

中图分类号： X173 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）04-0369-02

收稿日期：2014-05-13

基金项目：国家自然科学基金（编号：31100341）;国家科技重大专项（编号：2013ZX07101014-2）。

作者简介：吴红飞（1989—），女，山东德州人，硕士，主要从事湖泊生态修复研究。E-mail：wuhongfei07@126.com。

通信作者：关保华，博士，副研究员，主要从事湖泊生态修复与水生植物研究。E-mail：bhguan@niglas.ac.cn。

沉水植物作为浅水湖泊生态系统的重要组成部分和初级生产者，对湖泊生态系统的物质和能量循环起重要作用[1]。水生植物不仅为鱼类、浮游动物提供庇护场所，还能与浮游植物竞争营养盐，释放化感物质抑制浮游植物的生长[2-3]，同时能减少沉积物的再悬浮。沉水植物可以通过增加水流阻力、降低水流速度，间接降低水体底层悬浮颗粒物、胶体颗粒物的再悬浮率[4];还可以通过发达的根系形成较大的接触面积，吸附悬浮颗粒物、不溶性胶体，从而固着沉积物、增强底质的稳定性;另外，沉水植物还能通过叶片上的附着生物来吸附悬浮的颗粒物[5]。

苦草[Vallisneria natans（Lour.）Hara]作为一种广泛存在的土著物种，其发达的根系能起到固定底泥沉积物的作用，从而降低风浪或鱼类扰动引起的再悬浮，是富营养化湖泊生态修复的常用工具种[6];伊乐藻（Elodea nuttallii）是外来种，气温5 ℃以上就可以生长，比苦草发芽早，具有较快的生长速度[7]，在东太湖有一定的分布面积。伊乐藻的引入虽然有一定的生态风险，但是由于其生长快，也被应用于一些湖泊的生态修复实践中[8]。本研究通过模拟试验，比较草甸型苦草和冠层型伊乐藻对鱼类扰动引起的沉积物再悬浮的影响，以期为湖泊沉水植物群落的恢复与重建提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

苦草采自苏州市东太湖湖滨带，选用叶子颜色较绿、根系发达且株高与株质量相近的单株植物，称质量前，洗去表层附着物并轻轻甩干;伊乐藻采自东太湖虾蟹养殖池塘，选取长度一致的纤细植株，一撮一撮地进行栽种;野生鲫鱼幼鱼取自东太湖，质量为（24.94±2.26） g，人工养殖2周，挑选活动能力一致的幼鱼作为试验用鱼。试验装置为底径1.2 m、高1.2 m的白色玻璃桶，试验用水采用东太湖水。

1.2 试验方法

2013年7月，在东太湖栽种2组不同生物量密度的苦草、伊乐藻进行野外模拟试验。苦草组分别按照生物量密度25、50、100、150、200、250、300 g/m2进行栽种，伊乐藻按照100、150、200、250、300、400 g/m2进行栽种，以不栽种沉水植物（无草组）为对照，共14个处理。待苦草和伊乐藻生长稳定，每个试验桶放置2尾鲫鱼和1个内径9 cm、高30 cm、底端封闭、上端开口的有机玻璃柱，作为沉积物捕获器以捕获再悬浮物质，测定沉积物的再悬浮速率。捕获器敞口端放置孔径为5 mm左右的塑料网以防止鱼类进入。

试验前后分别测量植物的鲜质量、株数、株高;放鱼1周后，监测悬浮物浓度和捕捉物含量，计算悬浮物与捕捉物的有机含量、沉积物再悬浮通量、沉积物再悬浮速率。沉积物再悬浮通量R计算公式为：

R=S×（fS-fT）/（fR-fT）。

式中：R为再悬浮的沉积物质量，g;T为沉降的悬浮物质量，g;S为被捕捉物质量，g;fS为S的有机物含量，%;fR为R的有机物含量，%;fT为悬浮物的有机物含量，%。沉积物再悬浮速率为单位面积、单位时间内的再悬浮通量。

1.3 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 悬浮物浓度

由图1、图2可见，苦草组的悬浮物浓度在放鱼后明显增加，悬浮物浓度增加值为28.87～51.87 mg/L;无草组悬浮物浓度在放鱼后增加更为明显，增加值为85.93 mg/L;悬浮物浓度的增加量与苦草生物量相关性不显著。由图2、图3可见，伊乐藻组的悬浮物浓度增加值为12.45～86.80 mg/L，悬浮物的增加量随生物量的增加呈明显下降趋势，有显著的负相关性（r=-0.790，P<0.05）。

2.2 再悬浮速率的变化

由图4、图5可见，无草组的再悬浮速率最大，以干质量计为 145.18 g/（m2·d）;苦草组的再悬浮速率以干质量计为

14.24～11921 g/（m2·d），并随苦草生物量密度的增加逐渐降低，呈现显著的负相关（r=-0.764，P<0.05）;伊乐藻组的再悬浮速率以干质量计为14.68～23.37 g /（m2·d），相互间变化较小，且与生物量密度的相关性不显著;伊乐藻组的再悬浮速率低于苦草组。

3 结论与讨论

湖泊调查结果表明，由于风浪和鱼类扰动等因素的作用，会引起沉积物的再悬浮，使大量沉积物进入水体，造成水体悬浮物的浓度增加[9-10]。在同等风力作用下，水生植物丰富的东太湖湖区悬浮物浓度明显低于梅梁湾[11]。张运林等研究表明，东太湖的悬浮物浓度在湖区中最小，这是与东太湖拥有丰富的水生植物密切相关的[12]。本试验结果表明，悬浮物浓度在放鱼后明显增加;无草组的悬浮物浓度增加最为明显，有草处理组增加幅度相对较小，这说明沉水植物的存在能够减少鱼类扰动，从而减轻悬浮物浓度的增加;苦草组、伊乐藻组的再悬浮速率以干质量计分别为14.24～119.21、14.68～23.37 g/（m2·d），两者相比，伊乐藻组的再悬浮速率相对较低，这与伊乐藻生物量相对较大有关;相关性分析表明，苦草组的再悬浮速率与生物量密度呈负相关，而伊乐藻组与生物量相关性不明显，这主要由伊乐藻生物量较大所致。endprint

草甸型沉水植物苦草具有发达的根系，生物量主要集中在沉积物表面附近，通过发达的根系固着底泥而改变沉积物性质，减弱沉积物的再悬浮，当生物量越大时，苦草根系分布越广，抑制沉积物的再悬浮作用越强。冠层型沉水植物伊乐藻枝叶发达，具有较强的分生能力，断枝亦可以再生长，生物量相对集中在水体中上层，在水面形成匍匐生长，能在较短时间内占据较大的水面，主要通过茂盛的枝叶吸附悬浮颗粒物，从而降低悬浮物的浓度，并随伊乐藻生物量密度的增加，对悬浮颗粒物的吸附性增强，但当其完全占据整个水面时，对水体再悬浮的抑制作用将不会再增强。

另外，本试验初始2个沉水植物的生物量相近，而试验结束时伊乐藻组生物量明显大于苦草组生物量，这一方面是由于伊乐藻再生能力较苦草强，苦草分蘖组织在叶基部，伊乐藻则可以通过顶端分裂生殖，断枝同样可以生根生长;另一方面是由于苦草生长的活跃部位位于叶片下端2 cm处[13]，易受光照和悬浮物浓度影响，而伊乐藻具有很多分枝，并匍匐于水面生长，再悬浮所引起的光照减弱，不会对其生长造成太大影响。

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